WO2010115651A1

WO2010115651A1 - Fmcw-radarsensor und verfahren zum frequenzmatching

Info

Publication number: WO2010115651A1
Application number: PCT/EP2010/051951
Authority: WO
Inventors: Volker Gross; Wolf Steffens; Stephan Leinbaum; Goetz Kuehnle; Andre Treptow
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2010-10-14
Also published as: EP2417476A1; US8823580B2; JP2012522999A; US20120146835A1; EP2417476B1; DE102009002243A1; JP5330597B2

Abstract

Verfahren zum Frequenzmatching bei einem FMCW-Radarsensor, bei dem mehrere Frequenzen, die auf verschiedenen Modulationsrampen gewonnen werden und jeweils ein vom Radarsensor geortetes Objekt repräsentieren, in einem d-v-Raum (26) als geometrische Orte (g1 - g4) dargestellt werden, die mögliche Kombinationen aus Abstand d und Geschwindigkeit v des betreffenden Objekts repräsentieren, und, um die auf den verschiedenen Modulationsrampen georteten Objekte zu identifizieren, Koinzidenzen (T, S) zwischen den geometrischen Orten gesucht werden, die zu auf verschiedenen Modulationsrampen gewonnenen Frequenzen gehören, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt die Suche nach Koinzidenzen (T) auf einen Teilraum (40) des d-v-Raumes (26) beschränkt wird und in einem nachfolgenden Schritt die Suche auf andere Bereiche des d-v-Raumes ausgedehnt wird, jedoch mit Unterdrückung der Frequenzen, die zu den im ersten Schritt gefundenen Objekten gehören.

Description

Beschreibung

Titel

FMCW-Radarsensor und Verfahren zum Frequenzmatching

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Frequenzmatching bei einem FMCW- Radarsensor, bei dem mehrere Frequenzen, die auf verschiedenen Modulationsrampen gewonnen werden und jeweils ein vom Radarsensor geortetes Objekt repräsentieren, in einem d-v-Raum als geometrische Orte dargestellt werden, die mögliche Kombinationen aus Abstand d und Geschwindigkeit v des betreffenden Objekts repräsentieren, und, um die auf den verschiedenen Modulationsrampen georteten Objekte zu identifizieren, Koinzidenzen zwischen den geometrischen Orten gesucht werden, die zu auf verschiedenen Modulationsrampen gewonnenen Frequenzen gehören.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen FMCW-Radarsensor, in dem diese Verfahren implementiert ist und der beispielsweise in Fahrerassistenzsystemen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden kann.

Das Funktionsprinzip eines FMCW-Radarsensors (Frequency Modulated Countinuous Wave) besteht darin, daß die Frequenz des gesendeten Radarsignals rampenförmig moduliert wird und das von einem Objekt reflektierte und wieder vom Sensor empfangene Signal mit einem Teil des zum Empfangszeitpunkt gesendeten Signals gemischt wird. Das Mischprodukt enthält dann eine Zwischenfrequenzkomponente, deren Frequenz der Differenz zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal entspricht. Diese Differenz ist einerseits aufgrund der während der Signallaufzeit eingetretenen Änderung der Sendefrequenz vom Objektabstand abhängig, ist jedoch andererseits aufgrund des Dopplereffektes auch von der Relativgeschwindigkeit des Objekts abhängig.

Das Zwischenfrequenzsignal wird durch schnelle Fouriertransformation in sein Frequenzspektrum zerlegt, und jedes geortete Objekt wird in diesem Spektrum durch einen Peak bei einer Frequenz repräsentiert, die vom Abstand und der Geschwindigkeit (Relativgeschwindigkeit) des Objekts abhängig ist. Anhand dieser einzelnen Frequenz lassen sich jedoch der tatsächliche Abstand und die tatsächliche Geschwindigkeit des Objekts noch nicht eindeutig bestimmen. Dazu ist es vielmehr erforderlich, dasselbe Objekt auf mindestens zwei Modulationsrampen des gesendeten Signals zu orten, wobei diese beiden Modulationsrampen unterschiedliche Steigungen haben müssen.

Jede der beiden Frequenzen repräsentiert dann eine Vielzahl möglicher Kombinationen von Abstand d und Relativgeschwindigkeit v des Objekts. In einem d- v-Raum, in dem die Geschwindigkeit des Objekts gegen dessen Abstand aufgetragen wird, ist der geometrische Ort der möglichen Kombinationen aus Abstand und Geschwindigkeit für eine gegebene Frequenz eine Gerade, deren Steigung von der Steigung der Modulationsrampe abhängig ist. Für zwei Rampen erhält man so zwei Geraden mit unterschiedlicher Steigung, und deren Schnittpunkt, also der Punkt, an dem Koinzidenz zwischen den zu den beiden Frequenzen gehörenden geometrischen Orten besteht, gibt den wahren Abstand und die wahre Geschwindigkeit des Objekts an.

Wenn sich mehrere Objekte gleichzeitig im Ortungsbereich des Radarsensors befinden, besteht jedoch das Problem, daß sich auch bei Auswertung von zwei Modulationsrampen nicht mehr eindeutig bestimmen läßt, welcher Peak zu welchem Objekt gehört. Für eine Situation mit zwei Objekten erhält man beispielsweise im d-v- Raum zwei Paare paralleler Geraden, die vier Schnittpunkte miteinander bilden, doch können nur zwei dieser Schnittpunkte realen Objekten entsprechen, während die anderen Schnittpunkte sogenannte Scheinobjekte repräsentieren.

Um zu eindeutigen Ergebnissen zu gelangen, ist wenigstens eine dritte Modulationsrampe erforderlich. Reale Objekte lassen sich daran erkennen, daß im d- v-Raum Koinzidenz zwischen allen drei geometrischen Orten besteht, die zu den auf den drei verschiedenen Frequenzrampen erhaltenen Frequenzen gehören. Anschaulich bedeutet dies, daß sich alle drei Geraden, die den drei Frequenzen entsprechen, im Rahmen der Genauigkeitsgrenzen in einem Punkt schneiden. Diese Koinzidenzprüfung wird als Frequenzmatching bezeichnet.

Da sich jedoch die Frequenzen der Peaks nur mit begrenzter Genauigkeit bestimmen lassen, kann man auch für ein reales Objekt nicht erwarten, daß sich die drei Geraden, die zu den drei Modulationsrampen gehören, exakt in einem Punkt schneiden. Vielmehr wird man drei verschiedene Schnittpunkte erhalten, die allerdings relativ nahe beieinanderliegen. Damit man überhaupt ein Objekt identifizieren kann, muß deshalb eine gewisse Toleranz zugelassen werden. Wenn jedoch eine größere Anzahl von Objekten geortet wird, kann diese Toleranz wiederum dazu führen, daß scheinbare Koinzidenzen, sogenannte Fehlmatches, auftreten, zu denen keine realen Objekte gehören.

In der Praxis wird häufig mit vier verschiedenen Modulationsrampen gearbeitet, und das Kriterium für ein reales Objekt besteht dann darin, daß sich alle vier Geraden im Rahmen der Toleranzgrenzen in einem Punkt schneiden. Auch dann könnten Fehlmatches auftreten, insbesondere dann, wenn die Anzahl der Objekte und damit die Dichte der Peaks in den Spektren relativ hoch ist. Die Fehlmatchrate ist proportional zur Größe des betrachteten Ausschnitts des d-v-Raumes nimmt jedoch mit zunehmender Objektdichte und zunehmender Varianz der Peakfrequenzen überproportional zu. Außerdem steigt mit zunehmender Objektanzahl und zunehmender Anzahl der Modulationsrampen auch die benötigte Rechenzeit. Da mindestens die auf zwei Rampen erhaltenen Frequenzen paarweise miteinander kombiniert werden müssen, nimmt die Rechenzeit mindestens quadratisch mit der Anzahl der Objekte zu. Eine solche Zunahme der Rechenzeit ist jedoch bei vielen Anwendungen problematisch. Dies gilt beispielsweise bei dem Einsatz eines FMCW-Radars in einem Abstandsregelsystem für Kraftfahrzeuge. In dem Fall müssen die Abstände und Relativgeschwindigkeiten aller vorausfahrenden Fahrzeuge in so kurzen Zeitintervallen aktualisiert werden können, daß sich das Verkehrsgeschehen mit hinreichender Genauigkeit verfolgen läßt und eine situationsgerechte Abstandsregelung ermöglicht wird.

In DE 102 43 811 A1 wird ein Verfahren zum Frequenzmatching bei einem FMCW- Radar für Kraftfahrzeuge beschrieben, bei dem die zeitliche Entwicklung der Abstände und Relativgeschwindigkeiten der georteten Objekte über mehrere Meßzyklen des Radarsensors hinweg verfolgt wird und Fehlmatches im aktuellen Meßzyklus anhand unplausibler "Sprünge" in den dynamische Größen des vermeintlichen Objekts erkannt werden. Auch dieses Verfahren erfordert jedoch einen hohen Rechenaufwand.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Frequenzmatching anzugeben, das wenig Rechenaufwand erfordert und dabei eine niedrige Fehlmatchrate aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt die Suche nach Koinzidenzen auf einen Teilraum des d-v-Raumes beschränkt wird und in einem nachfolgenden Schritt die Suche auf andere Bereiche des d-v-Raumes ausgedehnt wird, jedoch mit Unterdrückung der Frequenzen, die zu den im ersten Schritt gefundenen Objekten gehören. Vorteile der Erfindung

Eine genauere Analyse der Abhängigkeit der Fehlmatchrate von den Parametern der Frequenzmatching-Prozedur zeigt, daß die Fehlmatchrate sinkt, wenn die Suche nach Koinzidenzen auf ein kleineres Gebiet innerhalb des d-v-Raumes beschränkt wird. Auch bei hoher Objektdichte werden dann die meisten Scheinkoinzidenzen außerhalb des betrachteten Gebietes liegen. Nachdem nun innerhalb dieses eingeschränkten Gebietes die Objekte identifiziert worden sind, werden die zugehörigen Frequenzen und die ihnen entsprechenden Geraden im d-v-Raum gewissermaßen ausgeblendet, und es wird nur noch nach Schnittpunkten zwischen den verbleibenden Geraden gesucht. Da somit in dem nachfolgenden Schritt die Objektdichte geringer ist, nimmt bei der weiteren Suche nach Koinzidenzen die Fehlmatchrate deutlich ab.

Durch die anfängliche Beschränkung des untersuchten Gebietes im d-v- Raum wird zugleich die Anzahl der zu untersuchenden Kombinationen von Frequenzen und damit die nötige Rechenzeit erheblich reduziert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einer vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere für den Einsatz des Radarsensors in Fahrerassistenzsystemen von Kraftfahrzeugen, wird die Suche nach Koinzidenzen im ersten Schritt auf einen Teilraum des d-v-Raumes beschränkt, der für die betreffende Assistenzfunktion eine besonders hohe Relevanz und/oder Plausibilität hat. Wenn z. B. die vom Radarsensor unterstützte Assistenzfunktion eine Abstandsregelfunktion ist, kann man sich zunächst auf den Bereich des d-v-Raumes beschränken, in dem ein unmittelbarer Regeleingriff erforderlich wäre, um den Sollabstand zum unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeug einzuhalten.

Eine andere Möglichkeit zur sinnvollen Beschränkung des d-v-Raumes besteht darin, daß man sich zunächst auf einen oder mehrere Teilräume beschränkt, in denen aufgrund der in der Vergangenheit gewonnenen Ergebnisse mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Objekt zu erwarten ist. Beispielsweise wird in einem Fahrerassistenzsystem für Kraftfahrzeuge typischerweise die zeitliche Entwicklung der Abstände und Relativgeschwindigkeiten der georteten Objekte über einen längeren Zeitraum hinweg verfolgt, und im Rahmen einer Tracking-Prozedur wird anhand der in der Vergangenheit gewonnen Ergebnisse vorhergesagt, bei welchem Abstand und welcher Relativgeschwindigkeit sich das verfolgte Objekt voraussichtlich im nächsten Meßzyklus befinden wird. Es ist daher zweckmäßig, die Suche nach Koinzidenzen zunächst auf verhältnismäßig kleine Zellen im d-v-Raum zu beschränken, die in der Umgebung derjenigen Punkte liegen, für die aufgrund der Tracking-Prozedur die Existenz eines Objekts vorausgesagt wird.

Eine andere Möglichkeit besteht bei Kraftfahrzeuganwendungen darin, daß man sich zunächst auf die Suche nach stehenden Objekten beschränkt, also die Suche nach Objekten, deren Relativgeschwindigkeit dem Betrage gleich der Fahrgeschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs ist. Der betreffende Teilraum des d-v-Raumes ist dann ein schmaler Schlauch um diese Relativgeschwindigkeit herum.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der betrachtete Teil des d-v-Raumes in mehreren Schritten sukzessive eingeschränkt wird. Jeder Schritt kann dabei in Teilschritte unterteilt sein, in denen unterschiedlich strenge Kriterien für das Frequenzmatching gelten, sei es hinsichtlich der Genauigkeit der Koinzidenz oder hinsichtlich der Anzahl der Frequenzen, für welche Koinzidenz verlangt wird. Wenn z. B. mit vier unterschiedlichen Rampensteigungen gearbeitet wird und man somit im d-v-Raum im Prinzip für jedes Objekt vier Geraden erhält, kann man zunächst nach Koinzidenzen suchen, bei denen sich alle vier Geraden in einem Punkt schneiden, und dann nach Koinzidenzen suchen, bei denen sich nur drei Geraden in einem Punkt schneiden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in einem letzten Schritt des Verfahrens ein "Restmatching" durchgeführt, bei dem einige der vorher ausgeblendeten Frequenzen, beispielsweise solche, deren Peaks eine besonders hohe Leistung hatten, wieder eingeblendet werden. Auf diese Weise lassen sich auch Objekte identifizieren, die in den vorangegangenen Schritten aufgrund von Frequenzüberlagerungen verborgen geblieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines FMCW-Radarsensors;

Fig. 2 ein Diagramm eines d-v-Raumes für ein einzelnes Objekt, das auf vier verschiedenen Modulationsrampen geortet wurde;

Fig. 3 ein Diagramm eines d-v-Raumes mit einer Vielzahl von georteten

Objekten;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beschränkung des d-v-Raumes auf einen Teilraum;

Fig. 5 ein Diagramm eines d-v-Raumes für einen ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 6 eine Ausschnittsvergrößerung zu Fig. 5; und

Fig. 7 - 10 Diagramme des d-v-Raumes nach Fig. 5 für nachfolgende Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines FMCW-Radarsensors, wie er beispielsweise im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird, etwa zur Ortung von vorausfahrenden Fahrzeugen mit dem Ziel, den Abstand zu dem unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeug zu regeln.

Der Radarsensor weist einen Treiber 10 auf, der ein Radarsignal mit einer rampenförmig modulierten Frequenz über einen Mischer 12 an eine Sende- und Empfangseinheit 14 liefert. Wie in Fig. 1 symbolisch in dem Block dargestellt ist, der den Träger 10 repräsentiert, besteht die rampenförmige Frequenzmodulation hier in einer Abfolge von vier Frequenzrampen mit unterschiedlicher Steigung, wobei die erste und die zweite Rampe und die dritte und die vierte Rampe jeweils entgegengesetzt gleiche Steigungen haben. Dieses Modulationsmuster wiederholt sich dann in jedem Meßzyklus des Radarsensors.

Die von der Sende- und Empfangseinheit 14 emittierte Radarstrahlung wird im gezeigten Beispiel an zwei Objekten 16, 18 reflektiert, bei denen es sich beispielsweise um vorausfahrende Fahrzeuge handeln kann. Das reflektierte Signal wird wieder von der Sende- und Empfangseinheit 14 empfangen und im Mischer 12 mit dem in diesem Zeitpunkt aktuell vom Treiber 10 zugeführten Signal gemischt. Das Mischprodukt ist ein Zwischenfrequenzsignal, dessen Frequenz vom Frequenzunterschied zwischen dem gesendeten Signal und dem empfangenen Signal abhängig ist. Dieser Frequenzunterschied ist seinerseits sowohl vom Abstand d des Objekts wie auch von dessen Geschwindigkeit v (Relativgeschwindigkeit) abhängig.

In einer Transformationsstufe 20 wird das Zwischenfrequenzsignal für jede Modulationsrampe durch schnelle Fouriertransformation (FFT) in sein Spektrum zerlegt. Die Frequenzspektren, die man auf diese Weise für die vier aufeinanderfolgenden Modulationsrampen erhält, weisen im Idealfall für jedes Objekt einen Peak bei einer Frequenz k auf, die durch den Abstand und die Geschwindigkeit des Objekt und die Steigung der Modulationsrampe bestimmt ist. Die Frequenzen k werden in einem Frequenzmatching-Modul 22 weiter analysiert, um die einzelnen Objekte zu identifizieren und deren Abstände und Geschwindigkeiten zu bestimmen. Das dazu benutzte Verfahren wird weiter unten noch näher erläutert werden.

Die Ergebnisse des Frequenzmatching, also insbesondere die Abstände und Geschwindigkeiten aller georteten Objekte, werden einem Trackingmodul 24 (TR) zugeführt, der die Historie der dynamischen Daten (Abstände und Geschwindigkeiten und bei einem winkelauflösenden Radar auch die Richtungswinkel) der georteten Objekte aufzeichnet und so die zeitliche Entwicklung der Objekte verfolgt und in die Zukunft projiziert. Diese Prozedur, die als Tracking-Prozedur bezeichnet wird, liefert somit für jedes Objekt Vorhersagewerte für den im nächsten Meßzyklus zu erwartenden Abstand und die zu erwartende Geschwindigkeit. Diese Vorhersagewerte werden im Frequenzmatching-Modul 22 dazu genutzt, die benötigte Rechenzeit für die Frequenzmatching-Prozedur zu verkürzen und die Häufigkeit von Fehlmatches zu verringern.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines d-v-Raumes, in dem auf der Abszisse der Abstand d und auf der Ordinate die Geschwindigkeit v angegeben ist. Die Geschwindigkeit v ist hier die Relativgeschwindigkeit des Objekts 16 bzw. 18 relativ zur Eigengeschwindigkeit v_Q des Fahrzeugs, das mit dem Radarsensor ausgerüstet ist. Eine positive Geschwindigkeit v bedeutet somit, daß sich das Objekt vom eigenen Fahrzeug entfernt, und eine negative Geschwindigkeit v bedeutet, daß das eigene Fahrzeug zu dem Objekt aufschließt. Für stehende Objekte, also Objekte, deren Absolutgeschwindigkeit null ist, gilt v = -v_Q.

Ein einzelnes Objekt wird in dem d-v-Raum 26 durch einen Punkt 28 repräsentiert, dessen Abszisse den Abstand d dieses Objekts und dessen Ordinate die Geschwindigkeit v dieses Objekts angibt.

Wenn ein einzelnes Objekt vom Radarsensor geortet wird, so gilt für die Frequenz k des entsprechenden Peaks im Spektrum die Beziehung: k = α * d + ß * v (1 )

In dieser Gleichung ist α eine Konstante, die von der Steigung der Modulationsrampe abhängig ist. Die Konstante ß ist proportional zur Frequenz des Radarsignals und bestimmt die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Frequenz k aufgrund des Dopplereffekts.

Nach Umstellung erhält man:

v = - (α/ß) ^* d + (k/ß) (2)

Die Gleichung (2) ist die Gleichung einer Geraden im d-v-Raum. Diese Gerade ist der geometrische Ort aller Kombinationen aus Abstand d und Geschwindigkeit v, die das Objekt haben kann, das den Peak bei der Frequenz k erzeugt hat.

In Fig. 2 sind vier solcher Geraden gl - g4 gezeigt, je eine für jede Modulationsrampe. Da die Konstante α von der Rampensteigung abhängig ist, unterscheiden sich auch diese vier Geraden in ihrer Steigung. Im Idealfall, ohne Berücksichtigung des Einflusses von Meßfehlern, sollten sich alle vier Geraden gl - g4 genau in einem Punkt 28 schneiden, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt den d-v-Raum 26 für den Fall, daß elf Objekte gleichzeitig geortet werden. Entsprechend enthält das Diagramm elf Punkte T, S und N, die jeweils im Schnittpunkt von vier Geraden gl - g4 liegen und hier als "Koinzidenzen" bezeichnet werden. Da man für jedes Objekt vier solcher Geraden gl - g4 erhält, ergibt sich eine verwirrende Vielfalt von 11² = 121 Geradenschnittpunkten, von denen allerdings einige außerhalb des betrachteten Ausschnitts des d-v-Raumes liegen können. Nur elf dieser Schnittpunkte entsprechen realen Objekten.

Die realen Objekte sollten sich theoretisch dadurch auszeichnen, daß sich alle vier Geraden gl - g4 exakt in demselben Punkt schneiden. Aufgrund statischer Meßfehler ist dies in der Praxis jedoch nur näherungsweise der Fall. Wegen dieser Ungenauigkeit ist es oft nicht einfach zu entscheiden, ob sich vier gegebene Geraden in diesem Sinne in einem Punkt schneiden oder nicht. Solche Zweifelsfälle kommen um so häufiger vor, je größer die Anzahl der Objekte ist und je dichter dementsprechend die Geraden im d-v-Raum liegen.

Erschwerend kommt hinzu, daß in einigen Fällen zwei Peaks auch so nahe beieinander liegen können, daß sie sich nicht mehr in zwei getrennte Peaks auflösen lassen und folglich im d-v-Raum nur durch eine einzige Gerade repräsentiert werden. Wie weiter unten näher erläutert werden wird, kann es deshalb auch vorkommen, daß reale Objekte durch einen Punkt repräsentiert werden, in dem sich nur drei Geraden schneiden.

Wenn sich genau drei Geraden schneiden, spricht man von einer Dreifach- Koinzidenz, wenn sich alle vier Geraden scheiden, von einer Vierfach-Koinzidenz.

Im Frequenzmatching-Modul 22 ist der Verlauf sämtlicher Geraden im d-v-Raum in elektronischer Form repräsentiert. Beispielsweise kann jede Gerade durch ihre Geradengleichung (2) repräsentiert werden, wobei für k jeweils die gemessene Frequenz k (Scheitelfrequenz) einzusetzen ist. Um die Koinzidenzen zu erkennen und die entsprechenden Objekte zu identifizieren, müßte nun im Prinzip für jedes Paar nichtparalleler Geraden rechnerisch geprüft werden, ob wenigstens eine weitere Gerade durch ihren Schnittpunkt verläuft.

Im folgenden wird ein Verfahren beschrieben, das es erlaubt, den Rechenaufwand für die Suche nach Koinzidenzen zu verringern und gleichzeitig die Häufigkeit von "Fehlmatches" zu verringern, die dadurch entstehen, daß Fälle, in denen sich zufällig drei oder vier Geraden in annähernd demselben Punkt schneiden, fälschlich als Koinzidenzen interpretiert werden, obwohl in Wahrheit kein Objekt mit den durch diesen Punkt angegebenen Werten von Abstand und Geschwindigkeit existiert. Dazu soll zunächst angenommen werden, daß das Tracking-Modul 24 aufgrund der in vorangegangenen Meßzyklen erhaltenen Ergebnisse bereits Vorhersagewerte für die Abstände und Geschwindigkeiten der bisher georteten und verfolgten Objekte liefert.

In Fig. 4 wird ein solcher vom Tracking-Modul gelieferter Vorhersagewert für ein einzelnes Objekt durch einen Punkt 38 im d-v-Diagramm repräsentiert. Auch diese Vorhersage ist naturgemäß mit einer gewissen Ungenauigkeit behaftet, da nicht genau bekannt ist, in welcher Weise sich die Geschwindigkeit des betreffenden Objekts seit dem letzten Meßzyklus verändert hat. Es ist aber zu erwarten, daß das Objekt zumindest in der Nähe des Punktes 38 zu finden sein wird.

In einem ersten Schritt der Frequenzmatching-Prozedur wird deshalb der betrachtete Teil des d-v-Raumes auf einen Teilraum 40 beschränkt, der den Punkt 38 enthält und dessen Abmessungen der geschätzten Ungenauigkeit des Vorhersagewertes entsprechen. Das Tracking-Modul 24 ist in der Lage, auch Schätzwerte für diese Ungenauigkeit in den Koordinaten d und v zu liefern. Im gezeigten Beispiel hat der Teilraum 40 die Form eines achteckigen Polygons. Er kann jedoch wahlweise auch die Form eines Rechtecks, einer Ellipse oder dgl. haben.

Wenn sich im aktuellen Meßzyklus das verfolgte Objekt wie erwartet in dem Teilraum 40 befindet, so müßten die vier zugehörigen Geraden gl - g4 (oder im Fall einer Peaküberlagerung mindestens drei dieser Geraden) durch den Teilraum 40 hindurchgehen. Für die Frequenzen k in den Geradengleichungen dieser Geraden läßt sich dann jeweils ein Maximalwert und ein Minimalwert angeben. Bei bekannter Form und Lage des Teilraumes 40 ergeben sich diese Maximal- und Minimalwerte aus dieser Bedingung, daß die zugehörige Gerade den Rand des Teilraums noch an mindestens einem Punkt berührt.

Wenn man nun für eine gegebene Modulationsrampe für k einmal den Maximalwert und einmal den Minimalwert einsetzt, erhält man zwei parallele Geraden, die den Teilraum 40 zwischen sich einschließen und dessen Rand berühren. In Fig. 4 sind diese Geraden für alle vier Modulationsramp ^{1^}en mit g ^al mm , g ^al max , g ^a2 mm , g ^a2 max , g ^a3 mm g ^a3 max , g ^a4 m .m und g ^s4 max bezeichnet.

Um das Objekt innerhalb des Teilraumes 40 zu finden, kann man nun beispielsweise so vorgehen, das man zunächst im Spektrum für die erste Modulationsrampe einen Peak sucht, dessen Frequenz k zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert liegt. Dann sucht man entsprechend in dem Spektrum für die zweite Modulationsrampe einen Peak, dessen Frequenz k zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert für diese Rampe liegt, und man prüft, ob sich die beiden Geraden innerhalb des Teilraumes 40 schneiden. Dann prüft man, ob sich in den Spektren für die beiden verbliebenen Modulationsrampen jeweils ein Peak findet, dessen zugehörige Gerade durch denselben Schnittpunkt geht. Dabei kann man die Suche jeweils auf das Frequenzintervall zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert für die Frequenz k beschränken, wodurch der Rechenaufwand erheblich reduziert wird.

In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel ist die Form des Teilraumes 40 der Einfachheit halber so gewählt worden, daß dieser Teilraum unmittelbar durch die Geraden gl min g ^al max , g ^a2 min , .... beg ^arenzt wird.

Auf die oben beschriebene Weise lassen sich im aktuellen Meßzyklus mit verhältnismäßig wenig Aufwand, diejenigen Objekte wiederfinden, die bereits im vorangegangenen Meßzyklus geortet worden waren. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel gibt es drei solcher Objekte, die durch schwarz ausgefüllte Punkte (Koinzidenzen) T repräsentiert werden. Anhand der vom Tracking-Modul 24 gelieferten Vorhersagewerte wird für jedes dieser Objekte ein entsprechender Teilraum 40 definiert, und jeder dieser Teilräume wird nach Koinzidenzen durchsucht, um die aktuellen Orte und Geschwindigkeiten der entsprechenden Objekte zu ermitteln.

In Fig. 5 sind die Teilräume 40 für die drei Koinzidenzen T dargestellt, und die Geraden, die innerhalb dieser Teilräume eine Vierfach-Koinzidenz aufweisen, sind fett eingezeichnet. In Fig. 6 ist das Umfeld eines dieser Teilräume 40 aus Fig. 5 vergrößert dargestellt. Die Geraden, die innerhalb dieses Teilraumes eine Koinzidenz aufweisen, sind wieder mit gl - g4 bezeichnet. Fett und gestrichelt ist eine Gerade gl ¹ eingezeichnet, die zu einem anderen Peak im Spektrum für die erste Modulationsrampe gehört und folglich parallel zu der Geraden gl verläuft. Auch auch die Schnittpunkte der Geraden gl ¹ mit den Geraden g2 - g4 kämen im Prinzip als "Kandidaten" für Koinzidenzen in Frage. In einem dieser Schnittpunkte, der mit P bezeichnet ist, scheint in der Tat (zufällig) eine Dreifach-Koinzidenz mit einer Geraden g3' zu bestehen, die zu einem anderen Objekt gehört. Dieser Punkt P liegt jedoch außerhalb des Teilraumes 40, so daß diese Koinzidenz und das zugehörige Objekt jedenfalls in dem hier betrachteten Verfahrensschritt nicht erkannt werden. Das wäre selbst dann der Fall, wenn ein (nicht gezeigtes) zwölftes Objekt noch eine Gerade g4' beisteuern würde, die annähernd durch denselben Punkt P geht (Vierfach-Koinzidenz).

Mit dem bisher beschriebenen Verfahren werden nur solche Objekte gefunden, die schon vorher im Tracking-Modul 24 verfolgt wurden. In diesem Beispiel entsprechen diese Objekte den drei Punkten, die in Fig. 3 mit T bezeichnet und schwarz ausgefüllt sind. Fig. 3 zeigt jedoch darüber hinaus noch sechs Punkte oder Koinzidenzen S (weiß), die stehende Objekte repräsentieren. Diese Punkte liegen innerhalb eines schmalen Schlauches um die Geschwindigkeit v = -v_Q. Außerdem gibt es in Fig. 3 noch zwei schraffiert eingezeichnete Koinzidenzen N, die bisher nicht bekannten "neuen" Objekte entsprechen. Die im folgenden erläuterten Verfahrensschritte dienen zur Identifizierung der stehenden Objekte und der neuen Objekte.

Nachdem alle aus dem Tracking bekannten Objekte (Koinzidenzen T) in den Teilräumen 40 identifiziert worden sind, werden die zu diesen Objekten gehörenden Geraden (in Fig. 5 fett eingezeichnet) für das weitere Verfahren ausgeblendet. Fig. 7 zeigt den d-v-Raum 26 ohne diese Geraden. Dadurch hat sich die Zahl der insgesamt vorhandenen Schnittpunkte beträchtlich reduziert.

Es werden nun zunächst die Koinzidenzen S gesucht, die stehende Objekte repräsentieren. Dazu wird der insgesamt betrachtete Ausschnitt des d-v-Raumes eingeschränkt auf einen Teilraum 42, der dem erwähnten Schlauch um die Geschwindigkeit -v_Q entspricht. Diese Einschränkung führt wieder dazu, daß für jede Modulationsrampe Maximal- und Minimalwerte der Frequenz k definiert werden, und die Suche kann auf die zwischen diesen Maximal- und Minimalwerten liegenden Frequenzbänder beschränkt werden, wodurch sich der Aufwand weiter verringert. Außerdem wird die Suche auf Vierfach-Koinzidenzen innerhalb des Teilraumes 42 beschränkt. Da alle sechs Punkte T in Fig. 7 solche Vierfach-Koinzidenzen sind, werden in diesem Schritt alle stehenden Objekte gefunden.

Im nächsten Schritt werden nun neue Objekte gesucht, die den Koinzidenzen N entsprechen. Dazu wird die Suche auf den kompletten d-v-Raum ausgedehnt (genauer gesagt auf einen Ausschnitt dieses Raumes, der alle realistischerweise in Frage kommenden d-v-Paare enthält), und es werden wieder alle Geraden ausgeblendet, die zu den Koinzidenzen S gehören. Fig. 8 zeigt den d-v-Raum ohne diese Geraden. Es bleiben nur noch sieben Geraden übrig, die eine Vierfach- Koinzidenz in einem der beiden Punkte N und eine Dreifach-Koinzidenz in dem anderen Punkt N bilden. Das zu der Vierfach-Koinzidenz gehörende neue Objekt wird unmittelbar erkannt, und die zugehörigen vier Geraden werden ausgeblendet, wie in Fig. 9 gezeigt ist.

Wenn für die Identifizierung eines Objekts eine Vierfach-Koinzidenz verlangt wird, so kann der zweite Punkt N nicht gefunden werden. Vergleicht man jedoch die Figuren 7 und 9, so zeigt sich, daß auch in diesem Punkt N ursprünglich eine Vierfach- Koinzidenz vorhanden war. Diese Koinzidenz ist jedoch dadurch zerstört worden, daß die Gerade ausgeblendet wurde, die durch diesen Punkt N und einen der Punkte S (den am weitesten rechts liegenden Punkt S in Fig. 7) hindurchging.

Hätte die Suche nach den Koinzidenzen S einerseits und den Koinzidenzen N andererseits in umgekehrter Reihenfolge stattgefunden, d. h., wäre zunächst nach den Punkten N gesucht worden und dann, nach ausblenden der zugehörigen Geraden, nach den Punkten T, so wären beide Punkte N als Objekte identifiziert worden, aber statt dessen wäre einer der Punkte T nicht als Objekt erkannt worden. Insoweit haftet dem bisher beschriebenen Verfahren eine gewisse Abhängigkeit von der Reihenfolge der Suchschritte an, mit dem Ergebnis, daß bei unglücklicher Wahl der Reihenfolge Fehlmatches auftreten können oder aber reale Objekte übersehen werden.

Um diese Reihenfolgeabhängigkeit des Verfahrens zu mildern, schließt sich an die bisher beschriebenen Schritte noch ein weiterer Schritt an, der als "Restmatching" bezeichnet wird. Bei diesem Restmatching werden zumindest einige der zuvor ausgeblendeten Geraden wieder eingeblendet, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Speziell sind dies hier die Geraden die zu der für die Vierfach-Koinzidenz fehlenden Geraden parallel sind. Dadurch wird in dem verbliebenen Punkt N die verloren gegangene Vierfach-Koinzidenz wiederhergestellt, so daß dieser Punkt nun mit einem realen Objekt identifiziert werden kann.

Dieser Vorgehensweise liegt die folgende Überlegung zugrunde. Ein Fehlmatch entsteht typischerweise dann, wenn vier Geraden, die zu vier verschiedenen Objekten gehören, sich zufällig (mit hinreichender Genauigkeit) in einem Punkt schneiden, so daß an diesem Punkt die Existenz eines in Wahrheit nicht vorhandenen weiteren Objekts vorgetäuscht wird. Da bei dem hier beschriebenen Verfahren jedoch die Geraden ausgeblendet werden, sobald der Punkt, zu dem sie gehören, mit einem Objekt identifiziert wurde, sollten normalerweise keine Geraden mehr übrig bleiben, nachdem alle vorhanden Objekte erkannt worden sind. Wenn jedoch, wie in dem hier gezeigten Beispiel, noch drei Geraden verbleiben, die sich in einem Punkt schneiden, so deutet dies darauf hin, daß dieser Schnittpunkt einem realen Objekt entsprechen könnte und daß die vierte Gerade nur deshalb weggefallen ist, weil sie zufällig auch durch einen anderen, früher erkannten Punkt hindurchgeht. Physikalisch würde dies bedeuten, daß sich die Peaks, die zu diesen beiden Punkten gehören, im Spektrum für die betreffende Modulationsrampe nahezu bei derselben Frequenz überlagern und sich deshalb nicht in zwei getrennte Peaks auflösen lassen, so daß sich im d-v-Raum zwei Punkte gewissermaßen eine Gerade "teilen" müssen. In solchen Fällen ist davon auszugehen, daß der Peak, der eigentlich aus einer Überlagerung von zwei Peaks besteht, relativ ausgeprägt sein wird, d. h., daß sich bei dieser Frequenz eine verhältnismäßig hohe Leistung des empfangenen Radarsignals konzentriert. Um trotz solcher Peaküberlagerungen alle vorhandenen Objekte erkennen zu können, ist es deshalb zweckmäßig, wenn im Restmatching diejenigen Geraden wieder eingeblendet werden, die zu besonders leistungsstarken Peaks gehören. Auf diese Weise wird eine Balance erreicht, die einerseits dazu führt, daß in der Regel alle tatsächlich vorhandenen Objekte erkannt werden und andererseits unerwünschte Fehlmatches weitestgehend vermieden werden.

Bei dem bisher beschriebenen Verfahren wird vorausgesetzt, daß im ersten Schritt bereits Ergebnisse des Trackingmoduls 24 vorliegen, die auf die voraussichtlichen Orte von bekannten Objekten hinweisen. Wenn, etwa beim Einschalten des Radarsensors, noch keine solchen Tracking-Objekte vorhanden sind, kann dieser Schritt so nicht ausgeführt werden. In diesem Sonderfall würde das Verfahren mit der Suche nach den stehenden Objekten (Koinzidenzen S) beginnen, und alle bewegten Objekte würden zunächst als neue Objekte (Koinzidenzen N) identifiziert.

In einer anderen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, für die Initialisierungsphase einen speziellen Teilraum des d-v-Raumes vorzugeben, der sich über den für die jeweilige Assistenzfunktion (z. B. Abstandsregelung) besonders relevanten Abstands- und/oder Relativgeschwindigkeitsbereich erstreckt.

Hinsichtlich der Anzahl und Reihenfolge der Suchschritte und der dabei verwendeten Suchkriterien kann das Verfahren vielfältig variiert werden. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, für die Erkennung eines Objekts nicht nur eine Vierfach-Koinzidenz, sondern auch eine Dreifach-Koinzidenz genügen zu lassen.

Für den allgemeinen Fall, daß der Radarsensor mit N Modulationsrampen arbeitet, die sich in der Rampensteigung unterscheiden, wird derzeit die folgende Reihenfolge von Suchschritten als besonders zweckmäßig angesehen: 1. Suche nach Tracking-Objekten mit N-facher Koinzidenz

2. Suche nach Tracking-Objekten mit (N-i )-facher Koinzidenz

3. Suche nach stehenden Objekten mit N-facher Koinzidenz

4. Suche nach neuen Objekten mit N-facher Koinzidenz

5. Suche nach stehenden Objekten mit (N-i )-facher Koinzidenz

6. Suche nach neuen Objekten mit (N-i )-facher Koinzidenz

7. Restmatching

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Frequenzmatching bei einem FMCW-Radarsensor, bei dem mehrere Frequenzen (k), die auf verschiedenen Modulationsrampen gewonnen werden und jeweils ein vom Radarsensor geortetes Objekt (16, 18) repräsentieren, in einem d-v-Raum (26) als geometrische Orte (gl - g4) dargestellt werden, die mögliche Kombinationen aus Abstand d und Geschwindigkeit v des betreffenden Objekts repräsentieren, und, um die auf den verschiedenen Modulationsrampen georteten Objekte zu identifizieren, Koinzidenzen (T, S, N) zwischen den geometrischen Orten gesucht werden, die zu auf verschiedenen Modulationsrampen gewonnenen Frequenzen (k) gehören, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt die Suche nach Koinzidenzen (T) auf einen Teilraum (40, 42) des d-v-Raumes (26) beschränkt wird und in einem nachfolgenden Schritt die Suche auf andere Bereiche des d-v-Raumes ausgedehnt wird, jedoch mit Unterdrückung der Frequenzen (k), die zu den im ersten Schritt gefundenen Objekten gehören.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände und Geschwindigkeiten der erkannten Objekte von einem Tracking-Modul (24) verfolgt und in die Zukunft prädiziert werden, und daß der Teilraum (40) eine Umgebung mindestens eines Punktes (38) ist, der dem prädizierten Abstand und die prädizierten Geschwindigkeit eines verfolgten Objekts angibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den ersten Schritt mehrere aufeinanderfolgende Schritte anschließen, in denen mit unterschiedlichen Suchkriterien nach Koinzidenzen gesucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Suchkriterien in der Wahl des Teilraumes (40, 42) unterscheiden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Suchkriterium für einen auf den ersten Schritt folgenden Schritt darin besteht, daß nach Koinzidenzen (S) in einem Teilraum (42) gesucht wird, der durch ein begrenztes Abstandsintervall und/oder ein begrenztes Geschwindigkeitsintervall definiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, für einen in ein Fahrzeug eingebauten Radarsensor, dadurch gekennzeichnet, daß im d-v-Raum die Relativgeschwindigkeiten der Objekte (16, 18) repräsentiert werden und daß der Teilraum (42) durch ein begrenztes Geschwindigkeitsintervall in der Umgebung einer Relativgeschwindigkeit definiert wird, die entgegengesetzt gleich der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, für einen Radarsensor, der mit N verschiedenen Modulationsrampen arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Schritt des Verfahrens nach Koinzidenzen gesucht wird, an denen alle auf den N Modulationsrampen gewonnenen Frequenzen (k) beteiligt sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, für einen Radarsensor, der mit N verschiedenen Modulationsrampen arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Schritt des Verfahrens nach Koinzidenzen von auf N-1 verschiedenen Modulationsrampen gewonnenen Frequenzen (k) gesucht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein letzter Schritt des Verfahrens ein Restmatching-Schritt ist, in dem bei der Suche nach Koinzidenzen zumindest einige der in den vorherigen Schritten unberücksichtigt gebliebenen Frequenzen (k) wieder berücksichtigt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Frequenzen wieder berücksichtigt werden, für die die Leistungsdichte im Spektrum oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes liegt.

11. FMCW-Radarsensor, in dem ein Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 10 implementiert ist.

12. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor eines Mikrocomputers, insbesondere Mikroprozessor des Frequenzmatching-Moduls (22), ausgeführt wird.

13. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Mikroprozessor eines Mikrocomputers, insbesondere Mikroprozessor des Frequenzmatching-Moduls (22), ausgeführt wird.